某水电站坝型比选设计

谭志军，姜军，宋国付

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021；2.国家电网公司东北分部，辽宁沈阳110000）

某水电站坝型比选设计

谭志军1，姜军1，宋国付2

（1.中水东北勘测设计研究有限责任公司，吉林长春130021；2.国家电网公司东北分部，辽宁沈阳110000）

文中主要对某水电站工程的坝型进行比选，针对碾压混凝土重力坝和常态混凝土重力坝这两种有代表性坝型，综合比较两种坝型的优缺点，优选出合适的坝型。

水电站；坝型比选；混凝土重力坝；碾压混凝土重力坝

1 工程概况

某水电站工程等别为一等工程，工程规模为大（1）型，拦河坝为1级建筑物，坝后式电站厂房及开关站为2级建筑物，其他建筑物为3级建筑物。大坝按500年一遇洪水设计，5 000年一遇洪水校核；坝后电站厂房、开关站按100年一遇洪水设计，500年一遇洪水校核；消能防冲建筑物按100年一遇洪水设计，5 000年一遇洪水校核。电站装机4台，总装机容量为300 MW。水库正常蓄水位425.00 m，设计洪水位为425.61 m，校核洪水位为428.26 m，相应总库容18.03×108m3，死水位397.00 m。

枢纽工程主要建筑物由左、右岸挡水坝段、溢流坝段、导流坝段、厂房引水坝段及坝后式厂房组成。大坝由左岸挡水坝段、溢流坝段、导流坝段、厂房引水坝段及右岸挡水坝段组成，共分31个坝段，坝顶高程430.80 m，最大坝高102.8 m，坝顶全长522 m。溢流坝段布置于主河床，布置11孔开敞式溢流坝。厂房引水坝段布置于主河床偏右岸，布置4孔坝式发电引水进水口，4台水轮发电机组布置于右岸坝后厂房内。导流坝段位于厂房引水坝段和溢流坝段之间，共设3孔。

2 坝型适宜性及拟定

根据坝址地形条件分析，坝址处河谷较宽，宽高比（坝顶高程处的河谷宽度与最大坝段的比值）为5.2，基本不适合修建拱坝。

从岩体强度及变形性能方面考虑，满足修建重力坝和土石坝的要求。工程地质条件较好，地形坡度一般小于3°，近漫滩部位15°左右，覆盖层主要为卵石和细砂，厚度一般0.5～2 m。基岩为巨厚层状安山质碎屑凝灰岩、流纹质凝岩熔岩及少量安山岩脉，均为硬质岩。右岸山坡地形坡度一般30°～40°，局部地形坡度可达60°以上，左岸山坡高程440 m以下坡度约35°。若修建土石坝，该地形地质条件不具备布置岸边溢洪道的条件，泄水建筑物如采用泄洪洞则需要多排大洞径泄洪洞，不仅地形不足，而且施工困难。考虑到上游梯级水电站均是重力坝，故坝型采用混凝土重力坝较为合适，覆盖层较薄且能够有效利用河床宽度布置泄水和发电建筑物，即泄水建筑物采用溢流坝、电站厂房采用坝后式地面厂房、两岸挡水建筑物采用混凝土坝。根据混凝土重力坝施工方法和胶凝材料配比的不同，分别考虑了碾压混凝土坝坝型方案及常态混凝土坝坝型方案进行比较。综上所述，最终拟定比选坝型方案为：

方案一：挡水坝、溢流坝和厂房引水坝段均采用碾压混凝土重力坝型，称为碾压混凝土坝型。

根据坝址处的地形、地质条件、碾压混凝土重力坝的坝轴线布置成折线，右岸及主河床段坝轴线方位角NE15°，左岸转为SW212.02°。

主河床布置11孔开敞式溢流坝段，每孔净宽12 m，跨坝缝布置，闸墩厚3 m，共12个溢流坝段总长180 m。溢流坝采用差动鼻坎消能，高坎顶高程364.55 m，低坎顶高程362.55 m，挑角分别为30°和20°，相应反弧半径为21.3 m和25.0 m，梳齿宽度为2.0 m和1.75 m。右岸厂房引水坝段宽18 m，总长72 m。进水口坝段与溢流坝段间布置27 m宽挡水坝段兼导流底孔坝段。右岸布置1号～6号挡水坝段，总长117 m。左岸布置7个挡水坝段（25～31号），总长126 m。

进水口坝段与溢流坝段之间，设置3个导流底孔，挡水坝段布置2孔，溢流坝段布置1孔，跨坝缝布置。导流底孔底板高程340 m，进口高度21 m，宽度9 m，出口高度14.20 m。固定卷扬机启闭平台高程398 m，下设锁定平台高程365 m。下闸蓄水后封堵底孔。

厂房总装机300 MW，机组台数4台，单机容量75 MW，厂区枢纽建筑物主要由主厂房（主机间和安装间）、上游副厂房、尾水副厂房、尾水渠、开关站、厂前区及进厂公路组成。发电厂房为坝后式地面厂房，布置在右岸坝下。主机间尺寸76 m×22 m×50.78 m（长×宽×高），厂内设有4台立轴混流式水轮机和与之配套的发电机组，机组间距18 m。

方案二：挡水坝、溢流坝和厂房引水坝段均采用常态混凝土重力坝型，称为常态混凝土坝型。

常态混凝土坝型枢纽布置方案与碾压混凝土坝型枢纽布置相同，混凝土分区仅将碾压混凝土改为相应标号的常态混凝土，仅坝体施工方法和混凝土胶凝材料配比不同。常态混凝土坝结构型式唯有需要设置纵缝，纵缝的间距为30 m。

3 坝型比选各方案优缺点分析

3.1 地形地质条件方面比较

坝址处河谷较宽，工程地质条件较好，地形坡度一般小于3°，近漫滩部位15°左右，覆盖层主要为卵石和细砂，厚度一般0.5～2 m。基岩为巨厚层状安山质碎屑凝灰岩、流纹质凝岩熔岩及少量安山岩脉，均为硬质岩。右岸山坡地形坡度一般30°～40°，局部地形坡度可达60°以上，左岸山坡高程440 m以下坡度约35°。从地形地质条件方面比较，根据枢纽布置要求，坝型比选无制约性因素。

3.2 枢纽布置及建筑物结构方面比较

由于溢流坝段、厂房引水坝段及发电厂房均布置在主河床，并且均为混凝土坝段，布置条件一致，因此从泄水建筑物及发电、引水建筑物比较，两方案是相同的。从挡水建筑物方面，两方案基本相同。从枢纽布置上，两方案基本相同。

3.3 运行管理条件方面比较

从运行角度看，各方案泄洪、发电条件相同，没有任何区别。

两方案坝型单一，均为混凝土坝，日常管理及维护较为便利。

3.4 施工方面比较

两方案在施工导流、施工交通和施工布置上基本一致。两种坝型的主要差别有：

1）混凝土浇筑施工方法不同。碾压混凝土坝采用自卸汽车直接入仓、负压溜槽+自卸汽车运输及胶带机+自卸汽车运输，仓面碾压的施工方法，常态混凝土坝采用自卸汽车运输，起重机吊罐入仓，人工振捣的施工方法。碾压混凝土坝施工机械化程度高。

2）混凝土浇筑仓面不同。混凝土浇筑仓面分区主要受温度控制影响。碾压混凝土直接铺筑层间间隔时间：常温季节为6.0 h，高温季节为4.0 h；常态混凝土直接铺筑层间间隔时间：常温季节为4.0 h，高温季节为2.5 h。所以碾压混凝土坝更适宜划分较大仓面，进而加快混凝土浇筑速度。

3）坝体纵缝设置不同。两种坝型的断面尺寸基本一致，根据工程所在地的气温条件及温控要求，以及参考国内外类似工程规模的施工经验，碾压混凝土坝不用设置纵缝，常态混凝土坝最大厚度超过40 m，宜设置纵缝。所以常态混凝土坝增加了坝体接缝灌浆工程量，并且接缝灌浆时纵缝两侧坝体混凝土龄期，在采取有效措施后不宜小于4个月，灌浆浆液达到预期强度后，坝体方能挡水受力等条件要求，使常态混凝土坝坝体上升速度受限制，从而降低混凝土浇筑速度。

根据以上两个坝型的施工方案，合理分析施工总进度，碾压混凝土坝较常态混凝土坝工期短12个月，首批机组发电早12个月，能够较早地获得发电效益，增加1年发电量8.48亿kW·h，节省了建设管理费用。

3.5 枢纽建筑物工程量及投资方面比较

从工程量及投资角度看，碾压混凝土重力坝方案，较常态混凝土重力坝方案节省了3 600万元，并且提前1年的发电效益，具有一定的经济性。

4 结语

文中主要针对某水电站的坝型设计，比选了碾压混凝土重力坝和常态混凝土重力坝这两种坝型，选择经济上合理、技术上可行的碾压混凝土重力坝方案，为同类工程设计坝型比选提供借鉴。

TV64

B

1002—0624（2017）08—0021—02

2017-02-04